全球最受欢迎的芯片之一：50岁了

电子史上最持久成功的芯片是由一名在后巷店面工作的人创造的。他的名字叫 Hans Camenzind，其制造芯片是 555 定时器，今年是它的 50 周年。它比所有竞争对手都更耐用，仍然以基本相同的设计制造，并已在全球售出数十亿美元。

555 经久不衰，因为它具有惊人的多功能性和可靠性。它可以对从一毫秒到一小时不等的时间间隔进行计时，或者可以生成频率超过 1MHz 的脉冲流。它可以创建音频，甚至可以用作逻辑门。尽管它年代久远，但我认为它非常重要。

在Apple II 内部，光标的闪烁频率由 555 控制。它设置了间歇性汽车挡风玻璃刮水器的延迟，并已用于航天器。事实上，仍可从德州仪器 (TI) 获得的 SE555-SP 变体是太空级的。图A中的日常版本目前零售价为每个 50 美分，而在全球速卖通上，通用 555 是 10 个 1 美元。

Hans Camenzind，1971 年开发 555 时

在 1960 年代后期，Camenzind 想知道如何将 AM 无线电接收器放在芯片上。通常接收器使用电感器来区分广播频率，但电感器很难内置到集成电路中。

他认为一定有人在某处制作了不需要电感器的调谐电路，因此他花了几天时间搜索波士顿的麻省理工学院图书馆，终于找到了答案：一篇 1935 年的文章描述了一个几乎被遗忘的概念，称为锁相环。这可以产生如此精确的频率，他意识到它可以用于比收音机更有趣的东西。它是振荡器或定时器的理想选择。

当他与妻子和孩子搬到湾区加入 Signetics 时，他带着他的想法，这是一家试图与行业领导者仙童半导体竞争的新兴公司。但两年后，汉斯对他们“古板”的态度变得不耐烦了。他接受了减薪，成为了一名独立顾问，租下了自己的店面，开始追求自己的梦想。

他用木材店的木板建造了长凳和架子，由于他的妻子 Pia 是一名会计师，她负责记账。“他每月从 Signetics 获得 1,200 美元的津贴，”Pia 回忆道。“我们将开支削减到最低限度。我们从来没有出去吃饭。但我想——他需要这样做。”

汉斯 36 岁，有四个孩子，银行里有 400 美元。后来，他将自己的决定描述为“鲁莽”。尽管如此，他还是想出了一个电路，并使用日常晶体管和电阻器将其制成面包板。然后，他使用 Signetics 借来的设备对其进行了测试，并尝试了无休止的迭代，改变了组件的值，因为他希望它即使在制造过程出现错误时也能正常工作。

在完善了电路之后，他开始了最艰巨的部分。当硅层被部分蚀刻掉时，芯片生产需要多个照相掩模。1971 年，制作mask的唯一方法是使用 X-Acto 刀以大约 400:1 的比例将它们切成称为红宝石的塑料薄膜。

即使在英特尔，复杂得多的 4004（第一个真正的微处理器）也是用手工切割的掩模制造的，因为当时还没有计算机辅助设计。汉斯花了很多天弯腰在一张轻便的桌子上，用镊子切割塑料和去除区域。

第一个555

当 Hans 将他的mask交付给 Signetics 时，他面临一个新问题：该公司的工程师怀疑是否有人需要计时器芯片。幸运的是，营销经理 Art Fury 否决了工程师的意见。是 Fury 分配了易于记忆的 555 零件编号。

图 B 显示了第一个 Signetics 555 晶圆的显微照片。该芯片立即获得成功，因为它运行良好。如果您使用 5V 或 18V 电源运行它，您将获得一致的结果。在驱动 20mA LED 或为小型电机提供 200mA 电流时，它的工作方式相同。

“集成组件的缺点是不准确，”汉斯后来写道。但是，“无论它们的变化是什么，它们都是一起变化的，因为它们是在相同的时间和相同的条件下制造的。换句话说，它们非常匹配。我使用该功能构建了一个新颖的振荡器，结果证明它非常稳定。”

一年之内，其他制造商都在复制该设计。“每个人都在偷别人的东西，”汉斯回忆道，“在那个年代，没有人关注专利。” 事实上，Signetics 甚至没有申请专利，担心如果他们试图执行它，他们会与其他更大的公司开战。今天，任何人都可以复制 555 计时器。

555 使 Hans Camenzind 成为模拟集成电路的权威。到 2006 年，他已经设计了 140 个标准和定制芯片。他还写了两本令人惊叹的书：权威的《设计模拟芯片》，以及一本精彩的电力概论，名为《无事生非》，其中包括所有先驱者的缩略图传记。这两本书仍然可以通过按需印刷在线获得。

当然，555 已经获得了传奇的地位。您甚至可以购买一个套件，用分立元件构建您自己的宏观规模复制品。

该芯片有一些有据可查的缺陷。当其输出转换时，它使用双极晶体管导致令人讨厌的电压尖峰（见图 C），它很耗电。但是 CMOS 版本已经解决了这些问题。

Hans Camenzind 开发 555 的店面，摄于 2022 年

Hans Camenzind 于 2012 年去世，享年 78 岁。如今，他设计计时器的店面被一名房地产经纪人占据（见图 D)。图E墨菲大道图片中的小巷箭头. 也许有一天桑尼维尔会在汉斯的旧工作场所旁边用一块牌匾纪念他，但与此同时，他的天才仍然存在于数百亿个芯片中，这些芯片包含他手工制作的电路的副本。

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